轨道状态检测方法及系统
技术领域
本发明涉及轨道交通技术领域，尤其涉及一种轨道状态检测方法及系统。
背景技术
轨道状态检测作为轨道交通运维系统中不可或缺的一环，得到广泛关注。轨道状态可以包括正常状态和异常状态，异常状态又可包括轨道断轨和轨道短路。现有技术中具有的针对轨道断轨的检测方法，主要可以包括以下几种：
1)通过钢轨探测车实现，其原理是，装有超声探头组的高速探轮在钢轨上滚动，超声发生接收器组合探头向钢轨发出连续超声脉冲波束，连续超声脉冲波束通过耦合液及探轮橡胶轮壁到达钢轨内，如无损伤存在，连续超声脉冲波束到达钢轨底面后依原路返回探头，得到底波；如有损伤，则在得到底波前出现一个伤损波，使得底波降低或消失。
2)基于漏磁信号的钢轨检测技术实现，其原理是，通过励磁装置给钢轨施加一个磁场，当钢轨完好时，磁场能顺利的通过钢轨，基本不产生漏磁；当钢轨出现裂纹时，裂纹会阻碍磁场的顺利通过，产生漏磁。
3)基于涡流探伤技术实现，其原理是，传感器由一个U型激励线圈和一个I型检测线圈组成，两线圈的相对位置正交取向，检测线圈放置在U型激励线圈的开口中点处。工作时，在激励线圈上通以一定频率的正弦波，当传感器沿着试件表面移动时，试件表面在交变磁场作用下会产生一定分布和大小的涡流，此涡流产生一个反磁场。当无裂纹时，没有反磁场磁力线通过检测线圈，没有电信号输出；有裂纹时，反磁场发生变化，磁力线通过检测线圈，输出电信号，从而反映缺陷的情况。
4)基于图像处理技术实现，其原理是，利用数字图像处理技术，通过对钢轨照片的分析判断裂纹。
5)基于激光超声探伤技术实现，其原理是，利用钢轨表面的反射作用，判断钢轨状态。
一方面，上述各种技术均无法对轨道短路进行检测，使得无法准确确定轨道状态；另一方面，上述各种技术在对轨道断轨进行检测时均会存在一系列的限制，所有的检测技术实现难度大。而且，采用的设备操作方式复杂，成本较高，无法进行大范围部署，只能通过区域段手动检测，同时检测时间段有很大限制，很难对断轨进行及时预判。
发明内容
本发明实施例提供一种轨道状态检测方法及系统，用以解决现有技术中存在的缺陷。
本发明实施例提供一种轨道状态检测方法，包括：
获取包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据基于部署于所述轨道电路中不同点位的电流采集卡采集得到；
基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别。
根据本发明实施例提供的轨道状态检测方法，所述基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别，具体包括：
基于所述目标时间段内所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据的变化趋势，确定所述状态信息中的状态类别。
根据本发明实施例提供的轨道状态检测方法，所述基于所述目标时间段内所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据的变化趋势，确定所述状态信息中的状态类别，具体包括：
若判断获知所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据的变化趋势均相同，且均变小，则确定所述待检测轨道的状态类别为轨道断轨；
若判断获知所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据的变化趋势相反，则确定所述待检测轨道的状态类别为轨道短路。
根据本发明实施例提供的轨道状态检测方法，所述基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别，之后还包括：
将所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据进行快速傅里叶变换FFT，并对FFT的结果进行频谱分析，确定FFT的结果中的特征频率；
基于所述特征频率处的电流幅值，确定所述待检测轨道在所述状态类别下的状态程度。
根据本发明实施例提供的轨道状态检测方法，所述基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别，之后还包括：
分别从所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据中选取多个临近当前时刻的电流数据；
基于多个临近当前时刻的电流数据，预测当前时刻后指定时间段内所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据；
并基于预测的电流数据，预测所述待检测轨道在所述指定时间段内的状态类别。
本发明实施例还提供一种轨道状态检测系统，包括：部署于待检测轨道的轨道电路中不同点位的电流采集卡以及本地数据终端，所述本地数据终端包括数据处理单元。其中，
所述电流采集卡包括霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器与所述数据处理单元基于物联网技术通信连接；
所述霍尔电流传感器用于以欠采样方式采集包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；
所述数据处理单元用于基于上述轨道状态检测方法，确定所述待检测轨道的状态类别。
根据本发明实施例提供的轨道状态检测系统，所述电流采集卡还包括：主控制器和通讯模块；
所述主控制器用于控制所述霍尔电流传感器的工作状态；
所述通讯模块用于基于物联网技术与所述数据处理单元通信连接。
根据本发明实施例提供的轨道状态检测系统，所述本地数据终端还包括：可视化显示单元，所述可视化显示单元与所述数据处理单元连接；
所述可视化显示单元用于显示所述待检测轨道的状态类别。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的轨道状态检测方法的步骤。
本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的轨道状态检测方法的步骤。
本发明实施例提供的轨道状态检测方法及系统，包括：获取包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；基于送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据，确定待检测轨道的状态类别。利用物联网传感器技术，利用低成本的电流传感器，采集轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据，部署简单易行，不需要改动轨道电路本身布线，只需要安装在信号机柜内即可，可以进行大范围部署，同时检测时间段不受限制，而且不影响轨道交通的正常运行；利用电流数据进行轨道状态的检测，既可以实现对轨道断轨的检测，还可以判断轨道浸水或者铁屑堆积导致的轨道短路，实现较全面的轨道状态检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种轨道状态检测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种轨道状态检测方法中待检测轨道的轨道电路的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种轨道状态检测方法中待检测轨道的轨道电路的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种轨道状态检测方法中待检测轨道的轨道电路的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种轨道状态检测装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的一种轨道状态检测系统的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的一种轨道状态检测方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
S1，获取包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据基于部署于所述轨道电路中不同点位的电流采集卡采集得到；
S2，基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别。
具体地，本发明实施例中提供的轨道状态检测方法，其执行主体为本地数据终端，该本地数据终端具体可以包括数据处理模块和可视化显示模块，数据处理模块主要负责电流数据的收集以及计算分析，可视化显示模块主要负责前端显示。
首先，执行步骤S1。其中，包含有当前时刻的目标时间段的长度可以根据需要进行设置，本发明实施例中对此不作具体限定。待检测轨道具体可以是需要确定其状态信息的钢轨、铁轨等。待检测轨道的状态信息可以包括状态类型，状态类型可以包括轨道断轨以及轨道浸水或者铁屑等外部环境导致的轨道短路。
待检测轨道的轨道电路的结构示意图如图2所示，待检测轨道的轨道电路包括送电回路1和受电回路2，在送电回路1和受电回路2之间连接有补偿电容3、4。送电回路1包括谐振匹配单元11、空心线圈12、谐振匹配单元13、模拟电缆网络14、方向继电器15以及发送器16，受电回路2包括谐振匹配单元21、空心线圈22、谐振匹配单元23、模拟电缆网络24、方向继电器25、接收器26以及轨道继电器27。
送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据具体可以通过包含有霍尔电流传感器、主控制器以及通讯模块的电流采集卡实现采集，并通过物联网技术传输至本地数据终端，主控制器用于控制霍尔电流传感器的工作状态，通讯模块用于实现霍尔电流传感器与本地数据终端的通信连接。物联网技术具体可以采用上位机软件或者云平台的方式实现。电流采集卡具体可以部署于轨道电路中不同点位处，通过霍尔电流传感器实现对不同点位的电流数据进行采集，并将采集到的电流数据传输至本地数据终端。采用物联网传感器技术，无需复杂的布线及安装方式，同时电流传感器利用霍尔传感器方式，不需要改动现有电路，可以独立于现有轨道电路系统。
然后执行步骤S2。其中，根据送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据，结合轨道在不同状态类型下送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据的变化情况，确定出待检测轨道的状态类别。例如，轨道在轨道断轨的情况下送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据的变化趋势相同且均减小，轨道在轨道短路的情况下送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据的变化趋势相反，若待检测轨道的送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据与上述某种情况下的变化趋势相同，则认为待检测轨道的状态类别为该情况下的状态类别相同。
本发明实施例中提供的轨道状态检测方法，利用物联网传感器技术，利用低成本的电流传感器，采集轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据，部署简单易行，不需要改动轨道电路本身布线，只需要安装在信号机柜内即可，可以进行大范围部署，同时检测时间段不受限制，而且不影响轨道交通的正常运行；利用电流数据进行轨道状态的检测，既可以实现对轨道断轨的检测，还可以判断轨道浸水或者铁屑堆积导致的轨道短路，实现较全面的轨道状态检测。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的轨道状态检测方法，所述基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别，具体包括：
基于所述目标时间段内所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据的变化趋势，确定所述状态信息中的状态类别。
具体地，本发明实施例中在确定待检测轨道的状态类别时，具体根据送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据的变化趋势，确定出状态信息中的状态类别。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的轨道状态检测方法，所述基于所述目标时间段内所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据的变化趋势，确定所述状态信息中的状态类别，具体包括：
若判断获知所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据的变化趋势均相同，且均变小，则确定所述待检测轨道的状态类别为轨道断轨；
若判断获知所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据的变化趋势相反，则确定所述待检测轨道的状态类别为轨道短路。
具体地，由于轨道电路的送电端电源为恒功率输出，正常情况下，轨道的输电回路电阻恒定，因此送电回路和受电回路电流维持在一个相对稳定的区间。当轨道发生断裂时，由于输电介质横截面积变小，导致输电回路电阻变大，这种情况可以等效为输电回路中串联一个等效电阻，如图3中的电阻5。根据功率公式P＝I2R计算，P恒定，R变大，因此I变小，此时无论是送电回路还是受电回路中，电流值都相应减小。
由于轨道电路的送电端电源为恒功率输出，当轨道发生浸水或者随着时间铁屑堆积，会导致轨道传输回路发生短路，这种情况可以等效为在输电回路中并联一个小的电阻，如图4中的电阻6。此时，输电回路中整体电阻值变小，根据功率公式P＝I2R，R减小，P恒定，因此送电端电流值变大，而此时，由于发生短路情况，受电端电流被等效短路电阻分走一部分，因此受电端电流相应会减小。
本发明实施例中，通过送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据的变化趋势，即可定性的分析待检测轨道的状态类别，可以大大提高轨道状态的检测效率。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的轨道状态检测方法，所述基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别，之后还包括：
将所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据进行快速傅里叶变换FFT，并对FFT的结果进行频谱分析，确定FFT的结果中的特征频率；
基于所述特征频率处的电流幅值，确定所述待检测轨道在所述状态类别下的状态程度。
具体地，待检测轨道的状态信息还可以包括每一状态类型下的状态程度，每一状态类型下的状态程度可以是轨道断轨严重程度以及轨道短路严重情况。
本发明实施例中，可以通过对送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据进行快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)，并对FFT的结果进行频谱分析，确定FFT的结果中的特征频率。例如，对于轨道电路的交流载波频率为4300Hz，由于现有的霍尔传感器采集频率无法达到如此高的采集频率，因此需要采用欠采样的方式进行频谱分析，为排除各方面掺杂的电流干扰，对霍尔传感器采集到的电流数据进行FFT，电流采集频率为2000Hz，因此，交流信号特征表现在4300对2000取余的位置，即300Hz的位置。因此，特征频率为300Hz。由于FFT曲线的横坐标为频率，纵坐标为电流幅值。由于不同断裂程度或者不同短路程度，输电回路中等效出的电阻的阻值也不同，因此可以根据特征频率处的电流幅值的不同，可以定量分析待检测轨道在某一状态类别下的状态程度。使得待检测轨道的检测结果更加准确。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的轨道状态检测方法，所述基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别，之后还包括：
分别从所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据中选取多个临近当前时刻的电流数据；
基于多个临近当前时刻的电流数据，预测当前时刻后指定时间段内所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据；
并基于预测的电流数据，预测所述待检测轨道在所述指定时间段内的状态类别。
具体地，本发明实施例中，还可以通过已知的送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据，对后续的送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据进行预测。可以分别从送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据中选取多个临近当前时刻的电流数据，即选取最新的若干个点，例如100个点，计算相邻两个点的微分数据，可以形成一个99个点的数据序列，将其拟合成一条曲线，可以预测未来指定时间段内多个点的电流数据，进而可以根据预测出的电流数据预测出待检测轨道在该指定时间内的状态类别以及状态类别下的状态程度。其中，指定时间的长度可以根据需要进行设定，本发明实施例中对此不作具体限定。
图5为本发明实施例中提供的一种轨道状态检测装置的结构示意图，如图5所示，该装置包括：电流数据获取模块51和状态类别确定模块52。其中，
电流数据获取模块51用于获取包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；
状态类别确定模块52用于基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别。
具体地，发明实施例中提供的轨道状态检测系统中，本地数据终端中各模块的作用与上述方法类实施例中各步骤的操作流程是一一对应的，实现的效果也是一致的，具体参见上述实施例，本发明实施例中对此不再赘述。
图6为本发明实施例中提供的一种轨道状态检测系统的结构示意图，如图6所示，该系统包括：部署于待检测轨道的轨道电路中不同点位的电流采集卡61以及本地数据终端62，所述本地数据终端62包括数据处理单元；
所述电流采集卡61包括霍尔电流传感器，所述霍尔电流传感器与所述数据处理单元基于物联网技术通信连接；其中物联网技术具体可以采用上位机软件或者云平台的方式实现。
所述霍尔电流传感器用于以欠采样方式采集包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；
所述数据处理单元用于基于上述实施例中所述的轨道状态检测方法，确定所述待检测轨道的状态类别。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的轨道状态检测系统，所述电流采集卡还包括：主控制器和通讯模块；
所述主控制器用于控制所述霍尔电流传感器的工作状态；
所述通讯模块用于基于物联网技术与所述数据处理单元通信连接。
在上述实施例的基础上，本发明实施例中提供的轨道状态检测系统，所述本地数据终端还包括：可视化显示单元，所述可视化显示单元与所述数据处理单元连接；
所述可视化显示单元用于显示所述待检测轨道的状态类别。
图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)710、通信接口(Communications Interface)720、存储器(memory)730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行轨道状态检测方法，包括：获取包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据基于部署于所述轨道电路中不同点位的电流采集卡采集得到；基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别。
此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的轨道状态检测方法，包括：获取包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据基于部署于所述轨道电路中不同点位的电流采集卡采集得到；基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别。
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的轨道状态检测方法，包括：获取包含有当前时刻的目标时间段内待检测轨道的轨道电路中送电回路的电流数据以及受电回路的电流数据；所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据基于部署于所述轨道电路中不同点位的电流采集卡采集得到；基于所述送电回路的电流数据以及所述受电回路的电流数据，确定所述待检测轨道的状态类别。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
